全世界的电力可以互相联通吗?

2021-01-25 09:45:01 新发现杂志

联通世界各地的电网不仅能优化能源结构,还能实现全球电力资源共享。从技术层面而言,这是完全可行的。

石油、金属、信息……如今几乎所有产品都能在全球范围内流通,但电力除外。

电力的生产与消耗仅限于国家内部。“同一大洲的电网之间几乎没有联通,而不同大洲之间电网更是没有互联。”来自国际大电网会议(CIGRE)的杰拉德·桑奇(Gérald Sanchis)介绍道。

然而,在目前全面向可再生能源过渡的大潮下,唯一没实现全球互联的产业网络逐渐带来一系列问题。并非所有的能源企业都坐拥充足的本土风能或太阳能资源;并且,面对不稳定的风能或者太阳能——要么缺席太久,要么来得过于集中——靠单打独斗并不现实。

于是科研界和工业界有了一个想法:建立全球电网,换句话说,一张由铝线和铜线织就的连接五大洲的电力互联网。

“2013年,我们开启了首个研究,但当时这个想法被认为是异想天开,”比利时列日大学教授达米安·恩斯特(Damien Ernst)回顾道,“不过现在人们开始重视这一点了,因为若要遵循《巴黎协定》,各大洲之间的电力共享至关重要;长期来看,电力互联网可提供百分百可再生的电力能源。”

达米安·恩斯特并不是电力互联网的唯一支持者。联合国在《2030年可持续发展议程》中明确提出了电网互联计划,中国也将电网互联互通摆在“一带一路”的核心位置;集结250位工程师和600家合作伙伴的全球能源互联网发展合作组织(GEIDCO)同样旨在打造全球能源互联。

实现可再生能源共享可解决长久以来存在的能源断续难题。当某个地区的风力减弱时,别处的季风可能风头正盛;即使某地太阳能发电站被夜空笼罩,其他地区总会有一处是日照当头。这种互补的重要性因此凸显。

“我们的最新研究表明:格陵兰岛东南沿海的风力可弥补整个西欧地区的风力空缺。”达米安·恩斯特表示。同样,北非夏季风力更强,而此时欧洲的风力不断减弱。工程师们希望能利用南北半球之间的季节差异实现风力和日照的互补。

建立电力互联网还有助于开发偏远地区的能源。“格陵兰岛、南印度洋的凯尔盖朗群岛以及南美洲的火地群岛都拥有非比寻常的风力资源。”达米安·恩斯特举例道。

此外,阿塔卡马沙漠、撒哈拉沙漠、卡拉哈里沙漠,以及澳大利亚和沙特阿拉伯的沙漠有着极强的日照;而戈壁滩的太阳能和风能资源也不容小觑。

最后,电力互联网可以在时差的作用下调节全球电力消耗差异。“在欧洲电力使用低谷期,我们可将欧洲多余的低价电输向电力需求达到最大的中亚地区和美洲地区,反之亦然。”爱尔兰科克大学的马尔腾·布兰克林科(Maarten Brinkerink)设想道。

“当前,由于缺乏相应的基础设施,有大量可再生能源无法输送至用户,因而白白地被浪费。”GEIDCO欧盟办公室负责人郑章华证实。而互联电网可在全球范围内普及清洁能源,并大幅减少昂贵的应急储备,从而解决部分地区的电力匮乏问题。

全新技术

过于理想?“从技术层面而言,这是完全可行的!”达米安·恩斯特确信。

全新的特高压交流输电与直流输电技术如今可实现超过1000千米的电流传输距离——其中特高压直流输电的潜力理应更胜一筹,因为它可以大大减少电力在输送过程中的损失,还能连接不同工作频率的电网。

直流电缆可跨越大海甚至大洋,不过“在海下3000米处安装缆线仍然是一个技术难题”,杰拉德·桑奇坦承。“此前对洲际电网互联成本及利润的研究表明,这类项目好处多多。”马尔腾·布兰克林科指出。

全球电网的第一步

的确,电网互联项目已然不断涌现。一个连接中国、日本、韩国(甚至途经朝鲜)、蒙古和俄罗斯的“亚洲超级互联电网”的可行性正在研究中。“这个电网经过俄罗斯,甚至还可以借道白令海峡直抵美洲大陆。”达米安·恩斯特设想道。

有着丰富太阳能的澳大利亚正考虑为印度尼西亚、菲律宾和马来西亚供电。澳大利亚北部一座太阳能发电站和新加坡的电力互联项目已于2019年夏天正式启动,预计于2027年竣工。

美洲大陆方面,人们正计划通过衔接墨西哥与哥伦比亚,以便有朝一日实现南北美洲之间的电力互联。

在非洲,“世界银行鼓励各国建立互联电网,甚至将此视作一项重大发展举措”,杰拉德·桑奇介绍道。

那欧洲呢?“欧盟正大力推进电网互联。”桑奇继续说道。德国、英国、瑞典、丹麦以及比利时正进一步推进北海近海风电场的合作。法国卡昂和英国南安普顿之间的互联电网预计于今年启用;布列塔尼地区和爱尔兰南部的互联电网将于2026左右建成;在此期间,苏格兰或将与拥有丰富水力和地热资源的冰岛建立能源互联。

或许有朝一日,欧洲大陆将与格陵兰岛建立风能互联,而格陵兰岛亦可与北美洲实现能源互联。最近一项模拟实验表明,欧洲电力市场与美洲电力市场之间的合作将互利互惠。

迈向电力地缘政治学

电力互联网还将跨洲际!“欧洲和亚洲正在共建首个洲际电网,它将穿过希腊、塞浦路斯和以色列,预计于2023年建成!”马尔腾·布兰克林科强调。欧洲委员会2017年的一项研究甚至考虑在欧洲和中国之间搭建一条互联电路:三条线路可供选择,视具体施工长度和难度,费用约为150亿至280亿欧元不等。

欧洲的电网还将延伸至土耳其、哈萨克斯坦、俄罗斯以及北非地区。葡萄牙和摩洛哥之间的电力互联网已在规划,另外一条连接突尼斯、马耳他和意大利的线路亦在计划中。欧洲和撒哈拉沙漠地区之间的大型电力互联建设虽然尚未正式启动,但地中海沿岸各国的能源企业仍会在地中海输电系统运营商联盟(Med-TSO)内部定期讨论相关事宜。

所有这些分散在世界各地的电力互联项目最终将会织成一张覆盖全球的巨型电力互联网。当然,还有许多问题有待解决。要让大功率输电线路经过,必须开辟大型廊道,这必然会引发若干环境问题;要在未开垦地区开展大型电力生产项目同样得考虑方方面面的因素。

另一个问题是,全球电力互联网可能会穿过一些战乱地区,抑或连接相互间有冲突的国家,那就很有可能出现电力被恶意中断的情况。因此,需要建立起巧妙的电力地缘政治学,因为不同于石油或天然气,电力储存难度极大。

坦白说,构筑如此复杂的电力网络是对人类自身的挑战。“需要求助人工智能。”达米安·恩斯特认为,还得协调各国间电力运营的流程,因为近一个世纪,各国都是独立运营本国的电力。

因此,要想真正实现全球电力互联,我们仍面临重重挑战。不过,想想互联网的起步:1969年,互联网也只是实现了两个大学之间的连接……

撰文 Vincent Nouyrigat

编译 吴苏妹

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